一块金属物在热得发蓝色时的温度比热得发红色时要高，我们也可依此推断蓝色星的大气温度比红色星的高。相当的研究证明了我们的推测不错，光谱序确实也代表温度降低的次序。恒星光谱的测验不仅证实了这桩事实，而且得出了各光谱型的恒星的温度值。还有，近年来又能够测出恒星所发的热量。
测定太阳的温度可以用一片水在日光中，观测水的温度的升高而做一些计算。这种粗略的办法显然是不能适用于恒星的。帕第特与尼科尔森用另一种方法也得到了同样的结果。他们利用威尔逊山的2.5米望远镜将一颗恒星的光聚焦在极小的热电偶上，再由电流计的偏转而观察其热效应。用这种方法他们可以测出一颗比肉眼能见的程度暗数百倍的星的热量，因此测出了星的温度。他们还用这方法测定行星以及月亮表面各部分的温度。
蓝色星的表面温度约10000～20000℃，或者还要高。黄色星的表面温度约在6000℃，而最红的星的表面温度却只有2000℃上下了。但即使最冷的恒星也还是极热的。
光球之下的恒星温度随深度而大大增高，中心也许到了千百万℃。我们对恒星发光的来源有比较一致的看法，即认为其巨大光能来自中心的热核反应，氢聚变为氦，然后聚变为碳、氮、氧……直到铁才渐渐停止。